一種孔結構均勻的泡沫鋁制備方法與流程

本發明屬于鋁材料技術領域，涉及一種孔結構均勻的泡沫鋁制備方法。

背景技術：

泡沫鋁是在純鋁或鋁合金中加入添加劑后，經過發泡工藝而成，同時兼有金屬和氣泡特征。它密度小、高吸收沖擊能力強、耐高溫、防火性能強、抗腐蝕、隔音降噪、導熱率低、電磁屏蔽性高、耐候性強、有過濾能力、易加工、易安裝、成形精度高、可進行表面涂裝。泡沫鋁具有優異的物理性能、化學性能和力學性能以及可回收性。泡沫鋁的這些優異性能使其在當今的材料領域具有廣闊的應用前景，是很有開發前途的工程材料，特別是在交通運輸工業，航天事業和建筑結構工業等方面。現階段泡沫鋁的研究還存在一些問題，其最主要的問題在于于泡沫鋁的制備還不能任意控制和調整結構參數，孔結構均勻性也較差。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種孔結構均勻且孔隙參數可控的泡沫鋁材料的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種孔結構均勻的泡沫鋁制備方法，其制備步驟如下：

步驟1，將納米二氧化硅放入無水乙醇中，攪拌均勻形成溶膠狀；

步驟2，將碳酸鈣與碎鋁屑加入步驟1中的溶膠液中，形成懸濁膠；

步驟3，將分散劑放入異丙醇中，攪拌至完全溶解，得到分散液；

步驟4，將分散液降入懸濁膠內微熱攪拌，形成粘稠狀；

步驟5，將粘稠狀反應液放入預熱好的金屬磨具中進行預熱，冷卻后得到泡沫鋁前驅體；

步驟6，將泡沫鋁前驅體放入飽和的氯化銨水溶液浸泡，即可得到泡沫鋁材料。

所述制備方法中的配方如下：

碳酸鈣10-15份、碎鋁屑20-30份、納米二氧化硅3-5份、無水乙醇30-35份、分散劑3-7份、異丙醇20-35份。

所述的分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮K30或聚乙烯吡咯烷酮K90。

所述的納米二氧化硅的粒徑為100-500nm

步驟2中的加入方式采用緩慢滴加，滴加速度為5-8g/min，所述攪拌速度為500-800r/min，通過緩慢滴加固體的方式能夠將碳酸鈣與碎鋁屑完全混合，并且降低了顆粒間的聚集。

步驟4中的微熱攪拌的溫度為30-50℃，所述攪拌采用密封攪拌，通過微熱攪拌的方式將分散液緩慢加入至懸濁膠內，能夠增加懸濁顆粒的分散性，同時采用密封攪拌的方式能夠放置溶劑揮發，保證內部材料的溶解與分散。

步驟5中的預熱溫度為600-750℃，所述冷卻方式采用快速風冷；采用預熱的方式能夠保證材料直接的連接，反應掉分散劑等有機材料，同時將無機材料穩固連接，形成了穩固結構。

步驟6中的浸泡采用氣體曝氣反應浸泡法，采用的曝氣氣體為氮氣，所述浸泡反應采用密封浸泡曝氣反應；采用氮氣作為曝氣方法，能夠將氯化銨與碳酸鈣，形成置換，得到孔隙結構較為穩定的，孔隙可控的發泡鋁。

本發明中，以碳酸鈣與碎鋁屑為原料，制備得到發泡鋁層材料，制備思路為：將碎鋁屑與碳酸鈣溶解至納米二氧化硅的溶膠液中形成穩定的懸濁液，然后將溶解分散劑的分散液滴加至懸濁液中，進行預熱反應，然后進行浸泡置換反應，得到孔結構均勻的發泡鋁。

與現有技術相比，本發明具有以下特點：

1）以碳酸鈣與碎鋁屑為原料，制備出孔結構均勻的發泡鋁，徹底解決了不能任意控制和調整結構參數的問題；制備方法簡單，有利于進行批量化生產，且生產成本低；制備出的發泡鋁具有穩定均勻的孔隙結構，提高孔隙可控性；

2）采用碳酸鈣作為填料，不僅性能穩定，同時還具有高溫連接特性，既能夠大大促進碎鋁屑之間的反應，增加結構穩定性，又因氯化銨溶液浸泡能夠通過溶解方式去除碳酸鈣，保證結構穩定的同時，也能在分散均勻度好的碳酸鈣去除后形成均勻度好的結構。

附圖說明

圖1為實施例1制得的泡沫鋁圖片。

圖2為實施例1制得的泡沫鋁材料的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1：

一種孔結構均勻的泡沫鋁制備方法，其制備步驟如下：

步驟1，將納米二氧化硅放入無水乙醇中，攪拌均勻形成溶膠狀；

步驟2，將碳酸鈣與碎鋁屑加入步驟1中的溶膠液中，形成懸濁膠；

步驟3，將分散劑放入異丙醇中，攪拌至完全溶解，得到分散液；

步驟4，將分散液降入懸濁膠內微熱攪拌，形成粘稠狀；

步驟5，將粘稠狀反應液放入預熱好的金屬磨具中進行預熱，冷卻后得到泡沫鋁前驅體；

步驟6，將泡沫鋁前驅體放入飽和的氯化銨水溶液浸泡，即可得到泡沫鋁材料。

所述制備方法中的配方如下：

碳酸鈣10份、碎鋁屑20份、納米二氧化硅3份、無水乙醇30份、分散劑3份、異丙醇20份。

所述的分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮K30。

所述的納米二氧化硅的粒徑為100nm

步驟2中的加入方式采用緩慢滴加，滴加速度為5g/min，所述攪拌速度為500r/min。

步驟4中的微熱攪拌的溫度為30℃，所述攪拌采用密封攪拌。

步驟5中的預熱溫度為600℃，所述冷卻方式采用快速風冷。

步驟6中的浸泡采用氣體曝氣反應浸泡法，采用的曝氣氣體為氮氣，所述浸泡反應采用密封浸泡曝氣反應。

圖1為采用本發明方法制備的泡沫鋁的實物照片，圖2是泡沫鋁的掃描電鏡照片；經檢測，所制備的泡沫鋁的孔隙體積分數為 85%，均勻度良好，其壓縮強度為50MPa。

實施例2：

一種孔結構均勻的泡沫鋁制備方法，其制備步驟如下：

步驟1，將納米二氧化硅放入無水乙醇中，攪拌均勻形成溶膠狀；

步驟2，將碳酸鈣與碎鋁屑加入步驟1中的溶膠液中，形成懸濁膠；

步驟3，將分散劑放入異丙醇中，攪拌至完全溶解，得到分散液；

步驟4，將分散液降入懸濁膠內微熱攪拌，形成粘稠狀；

步驟5，將粘稠狀反應液放入預熱好的金屬磨具中進行預熱，冷卻后得到泡沫鋁前驅體；

步驟6，將泡沫鋁前驅體放入飽和的氯化銨水溶液浸泡，即可得到泡沫鋁材料。

所述制備方法中的配方如下：

碳酸鈣15份、碎鋁屑30份、納米二氧化硅5份、無水乙醇35份、分散劑7份、異丙醇35份。

所述的分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮K90。

所述的納米二氧化硅的粒徑為500nm

步驟2中的加入方式采用緩慢滴加，滴加速度為8g/min，所述攪拌速度為800r/min。

步驟4中的微熱攪拌的溫度為50℃，所述攪拌采用密封攪拌。

步驟5中的預熱溫度為750℃，所述冷卻方式采用快速風冷。

步驟6中的浸泡采用氣體曝氣反應浸泡法，采用的曝氣氣體為氮氣，所述浸泡反應采用密封浸泡曝氣反應。

經檢測，所制備的泡沫鋁的孔隙體積分數為 83%，均勻度良好，其壓縮強度為45MPa。

實施例3：

一種孔結構均勻的泡沫鋁制備方法，其制備步驟如下：

步驟1，將納米二氧化硅放入無水乙醇中，攪拌均勻形成溶膠狀；

步驟2，將碳酸鈣與碎鋁屑加入步驟1中的溶膠液中，形成懸濁膠；

步驟3，將分散劑放入異丙醇中，攪拌至完全溶解，得到分散液；

步驟4，將分散液降入懸濁膠內微熱攪拌，形成粘稠狀；

步驟5，將粘稠狀反應液放入預熱好的金屬磨具中進行預熱，冷卻后得到泡沫鋁前驅體；

步驟6，將泡沫鋁前驅體放入飽和的氯化銨水溶液浸泡，即可得到泡沫鋁材料。

所述制備方法中的配方如下：

碳酸鈣12份、碎鋁屑28份、納米二氧化硅4份、無水乙醇32份、分散劑5份、異丙醇30份。

所述的分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮K90。

所述的納米二氧化硅的粒徑為300nm

步驟2中的加入方式采用緩慢滴加，滴加速度為7g/min，所述攪拌速度為600r/min。

步驟4中的微熱攪拌的溫度為40℃，所述攪拌采用密封攪拌。

步驟5中的預熱溫度為700℃，所述冷卻方式采用快速風冷。

步驟6中的浸泡采用氣體曝氣反應浸泡法，采用的曝氣氣體為氮氣，所述浸泡反應采用密封浸泡曝氣反應。

經檢測，所制備的泡沫鋁的孔隙體積分數為 89%，均勻度良好，其壓縮強度為54MPa。

上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。